资源简介

项目规划书设计与撰写
（一）项目背景（制作罗汉果种植灌溉装置的意义）
1、罗汉果是一种重要的药用和食用植物，具有较高的经济价值。然而，罗汉果生长对水分条件较为敏感，在其生长过程中，不合理的灌溉会导致根系缺氧、病虫害滋生、果实品质下降等问题，同时也会造成水资源的浪费。
2、传统的灌溉方式如漫灌、沟灌等，往往难以精准控制灌水量和灌溉时间，无法满足罗汉果不同生长阶段的需水要求。随着农业现代化的发展，精准灌溉技术成为提高农业生产效率和质量的关键。因此，制作一款适用于罗汉果种植的灌溉装置，实现科学、精准灌溉，对于提高罗汉果产量和品质、节约水资源以及推动罗汉果种植产业的可持续发展具有重要意义。
（二）项目内容（罗汉果种植灌溉装置主要解决的问题）
精准感知土壤墒情：准确获取种植区域内土壤的含水量、湿度分布等信息，为灌溉决策提供实时、可靠的数据支持。
智能控制灌溉量：根据罗汉果不同生长时期的需水规律以及土壤墒情监测结果，自动调整灌溉量和灌溉时间，避免过度灌溉或缺水现象。
适应复杂地形：能够在不同坡度、起伏的罗汉果种植地块中稳定运行，确保灌溉的均匀性和有效性。
远程监控与管理：支持通过无线网络实现远程实时监控灌溉系统的运行状态，方便种植户随时随地掌握灌溉情况，并进行远程操作和参数调整。
（三）技术方案
1. 硬件设备
土壤墒情传感器：选用高精度的土壤湿度传感器，如频域反射法（FDR）或时域反射法（TDR）传感器，均匀布置在种植区域内，用于实时监测土壤含水量。
气象站：包括温度、湿度、光照强度、风速、降雨量等气象参数传感器，用于获取环境气象信息，辅助灌溉决策。
灌溉执行机构：采用滴灌或微喷灌系统，配备电磁阀、水泵等设备。电磁阀用于控制灌溉水的通断，水泵则根据需要提升水压，确保灌溉水能够输送到指定区域。
控制器：选用高性能的微控制器，如 Arduino 或 Raspberry Pi，作为整个灌溉系统的核心控制单元，负责接收传感器数据、执行灌溉策略和控制灌溉设备的运行。
通信模块：采用 Wi - Fi、4G 等无线通信技术，实现控制器与远程服务器或手机 APP 之间的数据传输，方便用户进行远程监控和管理。
电源系统：可采用太阳能电池板与蓄电池相结合的方式，为整个系统提供稳定的电力供应，确保系统在野外环境下能够持续运行。
2. 模型设计（输入、计算、输出）
输入：
土壤墒情传感器实时采集的土壤含水量数据。
气象站监测的温度、湿度、光照强度、风速、降雨量等气象参数。
罗汉果不同生长阶段的目标土壤湿度范围、需水量等预设参数。
计算：
根据土壤含水量数据和目标土壤湿度范围，计算当前土壤缺水量。
结合气象参数，如蒸发量、蒸腾量等，对缺水量进行修正。
根据修正后的缺水量和灌溉设备的灌溉效率，计算出所需的灌溉时间和灌溉量。
输出：
向灌溉执行机构的电磁阀发送控制信号，开启或关闭灌溉系统。
将灌溉系统的运行状态（如灌溉时间、灌溉量、当前土壤湿度等）反馈给远程服务器或手机 APP，供用户查看和管理。
3. 算法设计
土壤墒情预测算法：基于历史土壤墒情数据和气象数据，采用机器学习算法（如回归分析、神经网络等）建立土壤墒情预测模型，提前预测未来一段时间内的土壤湿度变化趋势，为灌溉决策提供更充分的依据。
灌溉决策算法：综合考虑土壤墒情、气象条件和罗汉果生长需求等因素，设计智能灌溉决策算法。例如，采用模糊控制算法，根据土壤湿度的模糊隶属度函数和灌溉规则的模糊推理，确定最佳的灌溉时间和灌溉量。
优化算法：运用遗传算法、粒子群优化算法等优化算法，对灌溉系统的运行参数（如灌溉时间、灌溉频率、水泵工作压力等）进行优化，以实现水资源的高效利用和灌溉系统的节能运行。
（四）进度安排
需求调研与分析 第 1 - 2 周 收集罗汉果种植相关资料，了解种植户需求，明确项目目标和功能要求
硬件设计与选型 第 3 - 4 周 确定硬件设备的选型方案，绘制硬件电路原理图和 PCB 版图
软件设计与开发 第 5 - 8 周 编写控制器程序，实现数据采集、处理、控制和通信功能；开发手机 APP 界面
模型建立与算法设计 第 9 - 12 周 建立土壤墒情预测模型和灌溉决策算法，进行算法调试和优化
系统集成与测试 第 13 - 15 周 将硬件设备和软件系统进行集成，搭建实验平台，进行系统功能测试和性能优化
现场试验与改进 第 16 - 18 周 在罗汉果种植基地进行现场试验，收集实际运行数据，根据试验结果对系统进行改进和完善
项目总结与验收 第 19 - 20 周 撰写项目报告，整理相关资料，准备项目验收
（五）人员分工
人员 职责
硬件工程师 负责硬件设备的选型、电路设计和 PCB 制板，以及硬件系统的调试和维护
软件工程师 承担控制器程序的编写、手机 APP 的开发和软件系统的调试工作
算法工程师 建立土壤墒情预测模型和灌溉决策算法，进行算法的研究和优化
测试工程师 负责系统的功能测试、性能测试和现场试验，记录测试数据并提出改进建议
项目负责人 统筹项目的整体进度，协调各成员之间的工作，与外部单位进行沟通和协调(共34张PPT)
第五单元 第1课
跨学科主题活动——设计装置搭建方案
（桂科版）六年级
上
1
核心素养目标
3
新知讲解
5
拓展延伸
7
板书设计
2
新知导入
4
课堂练习
6
课堂总结
课后作业
8
01
核心素养目标
信息意识
计算思维
数字化学习与创新
信息社会责任
在使用信息技术时，需考虑对环境的影响，确保技术的可持续性和对社会的积极贡献。
利用数字技术（如传感器、自动化控制）提升灌溉效率，推进罗汉果灌溉装置搭建完成，推动农业现代化。
通过分析灌溉需求、土壤湿度和气候条件，运用逻辑推理和算法设计高效的灌溉系统。
在设计和搭建灌溉装置时，需关注信息的获取和处理，利用数据分析优化灌溉方案。
02
新知导入
02
新知导入
活动背景
广西种植罗汉果历史悠久。
罗汉果对生长环境要求严格，尤其对湿度、温度有特殊要求，喜湿润，怕旱涝。
壮壮参加的科技实践小组计划设计罗汉果种植灌溉装置，使其具有根据土壤湿度等环境参数自动判断并实施智能灌溉的功能。
02
新知导入
活动背景
在搭建罗汉果种植灌溉装置前，需要制订设计方案，对需求进行分析，为后续实际操作做准备。
03
新知讲解
通过查找资料或到田间地头了解罗汉果及其他2~3种农作物的灌溉过程，与同学讨论罗汉果的灌溉和其他农作物的灌溉有什么异同。
需求分析
罗汉果的灌溉过程
1. 土壤检测：定期检测土壤湿度，确保水分适中。
2. 灌溉方式：采用滴灌系统，避免水分过多。
3. 灌溉时间：通常在早晨或傍晚进行，减少蒸发损失。
03
新知讲解
通过查找资料或到田间地头了解罗汉果及其他2~3种农作物的灌溉过程，与同学讨论罗汉果的灌溉和其他农作物的灌溉有什么异同。
需求分析
水稻的灌溉过程
1. 田间蓄水：在生长季节保持田间有水，通常保持5-10厘米的水层。
2. 排水管理：在收割前适时排水，促进稻谷成熟。
3. 监测水位：定期检查水位，确保水稻生长所需的水分。
03
新知讲解
通过查找资料或到田间地头了解罗汉果及其他2~3种农作物的灌溉过程，与同学讨论罗汉果的灌溉和其他农作物的灌溉有什么异同。
需求分析
小麦的灌溉过程
1. 灌溉时机：在播种后和生长关键期进行灌溉。
2. 灌溉方式：可采用喷灌或沟灌，确保水分均匀分布。
3. 水分管理：根据天气情况和土壤湿度调整灌溉频率。
03
新知讲解
通过查找资料或到田间地头了解罗汉果及其他2~3种农作物的灌溉过程，与同学讨论罗汉果的灌溉和其他农作物的灌溉有什么异同。
需求分析
相同点：都需要水分以支持生长和发育且灌溉方式可以包括滴灌、喷灌和沟灌等。
不同点：罗汉果对水分的需求相对较低，过量灌溉可能导致根部腐烂，其他农作物（如水稻）则需要较高的水分，通常在生长季节保持土壤湿润。
03
新知讲解
搭建罗汉果种植灌溉装置需要实现哪些功能
需求分析
罗汉果种植灌溉装置的功能是实时水分监测，监测土壤水分，提供数据反馈，自动化灌溉并根据土壤湿度决定是否浇水。
通过手机或电脑进行远程监控和控制，以及在设备故障或水源不足时发出警报。
03
新知讲解
需求分析
你能进一步明确罗汉果种植灌溉装置的输入、计算和输出分别是什么吗
罗汉果种植灌溉装置的输入是检测土壤的湿度;
计算是判断土壤湿度是否符合种植要求，根据不同要求做不同的处理;
输出主要是确定是否需要进行灌溉。
03
新知讲解
需求分析
在明确了罗汉果种植灌溉装置的功能之后，请结合劳动与科学的知识，思考搭建该装置可能需要的硬件设备，填写在下表中。
设备名称 数量 作用
土壤湿度传感器 5 实时监测土壤湿度数据
小型水泵 2 按需抽取水源进行灌溉
控制器 1 接收传感器信号并控制水泵启停
输水管道 1套 将水输送至种植区域
电源模块 1 为设备提供稳定电力
03
新知讲解
需要用到的硬件设备主要有 Micro:bit、铁钉、鳄鱼夹舵机及数据传输线等。
03
新知讲解
硬件准备
Micro:bit：是一款小型可编程计算机，适合教育和初学者使用。它具有LED显示屏、按钮、传感器和多种输入输出接口，支持多种编程语言（如JavaScript、Python）。
铁钉：在电子项目中，铁钉可以用作连接器或支撑结构，通常用于固定电路板或其他组件。
03
新知讲解
硬件准备
鳄鱼夹：是一种常用的电气连接工具，通常用于快速连接电路，方便实验和测试。
数据传输线：用于连接设备之间进行数据传输，通常包括USB线、串口线等，确保设备之间的通信和数据交换。
03
新知讲解
设计灌溉系统的过程并不是一蹴而就的，我们要根据实际需求设计合理的方案，考虑具体解决问题过程、技术实现方案及产品设计的价值等。这些问题需要我们在动手之前进行合理的考虑，并落实到文案中。
请小组合作填写完成项目规划书，包括项目背景、项目内容、技术方案进度安排及人员分工等。
项目规划书设计与撰写
03
新知讲解
(一)项目背景(制作罗汉果种植灌溉装置的意义)
(二)项目内容(罗汉果种植灌溉装置主要解决的问题)
(三)技术方案
1.硬件设备
2.模型设计(输入、计算、输出)
3.算法设计
(四)进度安排
(五)人员分工
项目规划书设计与撰写
03
新知讲解
项目规划书设计完成后，小组间可互相交流，并填写项目记录单评价规划书完成情况。
评价与验证
03
新知讲解
评价与验证
你们设计的罗汉果种植灌溉装置解决了什么问题 是否提高了灌溉的效率
03
新知讲解
解决的问题
传统罗汉果种植依赖人工灌溉，效率低且水资源浪费严重。
通过自动化灌溉装置，可精准控制水量和灌溉时间，避免过度或不足灌溉。
解决山区或干旱地区水源分配不均的问题，保障罗汉果生长环境稳定。
03
新知讲解
效率提升
自动化装置通过传感器监测土壤湿度，实现按需灌溉，减少人力投入。
统一调控灌溉量，避免局部过湿或干旱，提升整体种植效率。
04
课堂练习
一、判断正误，正确的画”√“，错误的画”X“。
Micro:bit可以用于编程和控制灌溉装置。（ ）
罗汉果需要大量水分才能生长。（ ）
灌溉装置不需要监测土壤湿度。（ ）
设计灌溉系统的过程并不是一蹴而就的，我们要根据实际需求设计合理的方案，考虑具体解决问题过程、技术实现方案及产品设计的价值等。（ ）
铁钉在电子项目中没有实际用途。（ ）
√
X
X
√
X
04
课堂练习
二、选择题
1、罗汉果种植灌溉装置的输入、计算、输出分别是什么？
A.判断土壤湿度、是否进行灌溉、检测土壤的湿度
B.判断土壤湿度、检测土壤的湿度、是否进行灌溉
C.检测土壤的湿度、判断土壤湿度、是否进行灌溉
D.是否进行灌溉、判断土壤湿度、检测土壤的湿度
2、在灌溉装置中，水分监测的主要目的是？
A. 监测温度 B. 监测土壤湿度
C. 监测光照 D. 监测风速
C
B
04
课堂练习
3、罗汉果的灌溉方式通常采用哪种方式？
A. 喷灌 B. 滴灌 C. 沟灌 D. 潜灌
4、Micro:bit的主要功能是什么？
A.可编程计算机 B.仅用于游戏
C. 仅用于显示 D. 仅用于传感器
B
A
明确目标: 清晰定义项目的目标和预期成果。
详细计划: 制定详细的时间表和任务分配，确保每个阶段都有明确的责任人。
资源评估: 评估所需的资源，包括人力、物力和财力，确保项目可行性。
05
拓展延伸
项目规划书设计与撰写的注意事项
风险管理: 识别潜在风险，并制定应对策略。
沟通机制: 建立有效的沟通渠道，确保团队成员之间的信息畅通。
05
拓展延伸
项目规划书设计与撰写的注意事项
可持续农业旨在在满足当前需求的同时，保护和改善环境，以确保未来的农业生产能力。
其主要原则包括：
通过多样化种植、轮作和保护生物多样性，维护生态系统的健康。
合理利用水、土壤和能源，减少资源浪费，促进资源的可再生利用。
05
拓展延伸
可持续农业
尽量减少化肥和农药的使用，采用有机肥料和生物防治措施，降低对环境的污染。
通过覆盖作物、减少耕作和施用有机物，保持土壤的肥力和结构。
关注农民的生活质量和社区的可持续发展，确保公平的劳动条件和经济收益。
05
拓展延伸
可持续农业
06
课堂总结
1
需求分析
2
项目规划书设计与撰写
3
评价与验证
4
完成课题练习
5
进行相关知识拓展
1
2
3
4
5
跨学科主题活动——设计装置搭建方案
07
板书设计
跨学科主题活动——设计装置搭建方案
1、需求分析
2、项目规划书设计与撰写
3、评价与验证
4、完成课堂练习
5、进行知识拓展
课后作业。
1、设计罗汉果种植的灌溉方案和原理图。
08
课后作业
1、请同学们设计一份罗汉果种植的灌溉方案，包括所需材料和步骤，重点设计自动化灌溉系统的原理图，并说明其工作原理。
https://www.21cnjy.com/recruitment/home/fine

展开更多......

收起↑